package com.xiongtian.graph;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;

/**
 * @author xiongtian
 * @version 1.0
 * @date 2021/6/15 19:51
 */
public class Graph {

    private ArrayList<String> vertexList; // 存储定点的结合

    private int[][] edges; // 存储图对应的邻接矩阵

    private int numOfEdges; // 表示边的个数

    // 定义给数组boolean[]，记录某个节点是否被访问
    private boolean[] isVisited;

    public static void main(String[] args) {

        /*测试一把图是否成功*/
        int n = 8; // 节点的个数
        //String vertexValue[] = {"A", "B", "C", "D", "E"};
        String vertexValue[] = {"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"};

        // 创建图对象
        Graph graph = new Graph(n);
        // 循环的添加顶点
        for (String value : vertexValue) {
            graph.insertVertex(value);
        }

        // 添加边
        // A-B A-C B-C B-D B-E
        /*graph.insertEdge(0, 1, 1);// A-B
        graph.insertEdge(0, 2, 1);//
        graph.insertEdge(1, 2, 1);//
        graph.insertEdge(1, 3, 1);//
        graph.insertEdge(1, 4, 1);//*/
        // 更新边的关系
        graph.insertEdge(0, 1, 1);
        graph.insertEdge(0, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 3, 1);
        graph.insertEdge(1, 4, 1);
        graph.insertEdge(3, 7, 1);
        graph.insertEdge(4, 7, 1);
        graph.insertEdge(2, 5, 1);
        graph.insertEdge(2, 6, 1);
        graph.insertEdge(5, 6, 1);

        // 显示一把邻接矩阵
        graph.showGraph();

        // 测试一把，我们的dfs深度优先搜索遍历
        System.out.println("深度优先搜索遍历：");
        //graph.dfs(); // A->B->C->D->E           1->2->4->8->5->3->6->7

        // 测试一把，我们的bfs广度优先搜索算法
        System.out.println("广度优先搜索遍历：");
        graph.bfs(); // A->B->C->D->E             1=>2=>3=>4=>5=>6=>7=>8

    }

    // 构造器
    public Graph(int n) {
        // 初始化矩阵和vertexList;
        edges = new int[n][n];
        vertexList = new ArrayList<String>(n);
        numOfEdges = 0;

        isVisited = new boolean[n];
    }

    // 插入节点
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexList.add(vertex);
    }

    // 添加边

    /**
     * @param v1     表示点的下标，即是代表第几个顶点 “A” -> "B" : "A" -> 0 "B" -> 1
     * @param v2     标识第二个顶点表示的下标
     * @param weight 表示矩阵里面用哪个数字来表示他们是关联的
     */
    public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) {
        edges[v1][v2] = weight;
        edges[v2][v1] = weight;
        numOfEdges++;
    }

    // 图中常用的方法
    // 返回节点的个数
    public int getNumOfVertex() {
        return vertexList.size();
    }

    // 得到边的数目
    public int getNumOfEdges() {
        return numOfEdges;
    }

    // 返回节点i(下标)对应的数字 输入 0 -> A
    public String getValueByIndex(int i) {
        return vertexList.get(i);
    }

    // 返回v1和v2的权值
    public int getWeight(int v1, int v2) {
        return edges[v1][v2];
    }

    // 显示图对应的矩阵
    public void showGraph() {
        for (int[] link : edges) {
            System.out.println(Arrays.toString(link));
        }
    }

    // DFS (深度优先)
    // 得到第一个邻接节点的下标

    /**
     * @param index
     * @return 如果存在就返回对应的下标否则就返回-1
     */
    public int getFirstNeighbor(int index) {
        for (int j = 0; j < vertexList.size(); j++) {
            if (edges[index][j] > 0) {
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }

    // 根据前一个邻接矩阵的下标来获取下一个邻接节点
    public int getNextNeighbor(int v1, int v2) {
        for (int j = v2 + 1; j < vertexList.size(); j++) {
            if (edges[v1][j] > 0) {
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }

    // 深度优先遍历
    // i 第一次就是 0
    public void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
        // 首先我们访问该节点，输出
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        // 将该节点设置为已经访问过
        isVisited[i] = true;
        // 查找节点i的第一个邻接节点w
        int w = getFirstNeighbor(i);
        while (w != -1) { // 说明有
            if (!isVisited[w]) {
                dfs(isVisited, w);
            }
            // 如果 w 节点已经被访问过了，查找w邻接节点的下一个邻接节点
            w = getNextNeighbor(i, w);
        }
    }

    // 对dfs进行一次重载，遍历我们所有的节点并进行dfs
    public void dfs() {
        // 遍历所有的节点进行dfs
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    // 对一个节点广度优先搜索算法
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i) {
        int u; // 表示队列的头结点的下标
        int w; // 邻接节点w
        // 队列，记录节点访问的顺序记录
        LinkedList queue = new LinkedList();
        // 访问节点，输出节点信息
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "=>");
        // 标记为已访问
        isVisited[i] = true;
        // 将节点加入队列
        queue.addLast(i);

        while (!queue.isEmpty()) {
            // 取出队列的头节点下标
            u = (Integer) queue.removeFirst();
            // 得到第一个邻接节点的下标w
            w = getFirstNeighbor(u);
            while (w != -1) { // 找到
                // 是否访问过
                if (!isVisited[w]) {
                    System.out.print(getValueByIndex(w) + "=>");
                    // 标记已经访问
                    isVisited[w] = true;
                    // 入队列
                    queue.addLast(w);
                }
                // 以u去前驱点，找w后面的下一个邻接节点
                w = getNextNeighbor(u, w); // 体现出广度优先
            }
        }
    }

    // 遍历所有的节点，都进行广度优先搜索
    public void bfs() {
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                bfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

}
